CN1747979A - 溶剂型2k涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

涂料组合物包括至少一种羟基官能化聚合物,能够让羟基官能化聚合物(a)形成膜的交联剂,以及包括1,3-环己烷二甲醇和1,4-环己烷二甲醇的反应活性稀释剂。

Description

溶剂型2K涂料组合物
发明领域
本发明涉及涂料组合物;尤其溶剂型涂料组合物,它包括包含1,3-环己烷二甲醇和1,4-环己烷二甲醇的反应活性稀释剂。
发明背景
具有高固体浓度的涂料组合物(“高固体组合物”)越来越受到欢迎,这归因于限制在此类组合物中挥发性有机溶剂含量的环境保护法规。高固体组合物含有高水平的非挥发性物质如成膜聚合物,颜料,和填料以及低水平的有机溶剂。
现在,难以配制具有可接受粘度的高固体组合物。如果涂料组合物的粘度是高的,则难以喷涂该涂料组合物且所施涂的涂层的外观不太理想。
已经提出了几个不令人满意的解决方案来提供具有可接受的粘度的高固体组合物。所提出的一种建议是使用低分子量成膜聚合物以形成涂料组合物,因为一般来说,低分子量聚合物具有低粘度。使用低分子量聚合物的问题是它们得到软的涂膜,后者具有不可接受的不粘尘干时间(从涂料组合物被施涂时到灰尘不再粘附于涂层时的时间)。
另一个所提出的解决方案是将粘度改性添加剂添加到涂料组合物中。粘度改性添加剂是大家所熟知的。普通的粘度改性添加剂包括低分子量化合物或聚合物如聚酯。不幸地,含有粘度改性添加剂的涂料组合物可能不可接受地软。
粘度改进添加剂所例子已公开于US专利号5,541,268中。所公开的粘度改进添加剂是难溶解的固体。当固体溶解和进入溶液中时,它常常快速地结晶出来。因此,难以将在US专利号5,541,268中公开的粘度改进添加剂用于液体涂料组合物中。
本发明提供了具有可接受的粘度和优异的性能如硬度、不粘尘干时间等的溶剂型涂料组合物。
发明概述
本发明是涂料组合物,它包含:
a.至少一种羟基官能化聚合物;
b.能够让羟基官能化聚合物(a)交联形成膜的交联剂;
c.反应活性稀释剂,包括:
i.1,3-环己烷二甲醇,和
ii.1,4-环己烷二甲醇;和
在另一个实施方案中,本发明是涂敷制品的方法,包括以下步骤:
a.在该制品上涂敷涂料组合物,后者包括:
i.至少一种羟基官能化聚合物,
ii.能够让羟基官能化聚合物交联形成膜的交联剂;
iii.反应活性稀释剂,包括:
(A)1,3-环己烷二甲醇,和
(B)1,4-环己烷二甲醇,和
b.固化该组合物。
发明叙述
除了在实施例中之外,或其中另有说明时,表示在说明书和权利要求中所用的成分的量、反应条件等的全部数值应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此,除非有相反指示,否则在下面的说明以及所附权利要求中给出的数值参数是近似值,它根据由本发明所获得的所需性能来变化。在最低限度上,并且不作为将等同原则的应用限于权利要求的范围的一种企图,各数值参数应该至少按照所报道的有效数字并采用常规的四舍五入技术来解释。
尽管给出本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值,但是在特定的实施例中给出的数值仍然尽可能精确地报道。然而,任何数值固有地含有必然从在它们的各自试验测量中测得的标准偏差所引起的一定误差。
同时,应该理解的是,这里列出的任何数值范围希望包括包含在其中的所有子范围。例如,“1到10”的范围希望包括在所列举的最小值1和所列举的最大值10之间(包括端值)的全部子范围,即具有等于或大于1的最小值和等于或低于10的最大值。
在这里使用的术语(甲基)丙烯酸酯同时指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯并包括丙烯酸和甲基丙烯酸的酯类。该术语(甲基)丙烯酸指丙烯酸和甲基丙烯酸两者。
本发明的涂料组合物包括至少一种羟基官能化聚合物,能够让羟基官能化聚合物(a)形成膜的交联剂,以及包括1,3-环己烷二甲醇和1,4-环己烷二甲醇的反应活性稀释剂。
羟基官能化聚合物能够是在涂料技术中已知的任何普通的羟基官能化成膜聚合物。普通的成膜聚合物包括从烯属不饱和单体如乙烯基单体和丙烯酸类单体衍生的含羟基的聚合物,从环氧聚合物衍生的羟基官能化聚合物,含羟基的醇酸聚合物,聚氨酯多元醇聚合物,聚醚多醇聚合物或聚酯多元醇聚合物。
当该羟基官能化聚合物从烯属不饱和单体衍生而来时,它能够包括官能化单元和结构单元。官能化单元能够从羟基官能化乙烯基单体或丙烯酸单体衍生。羟基官能化乙烯基单体的例子是乙烯基醇。羟基官能化丙烯酸单体的例子是(甲基)丙烯酸羟基乙基酯,(甲基)丙烯酸羟基丁基酯和(甲基)丙烯酸羟基丙基酯。
合适羟基官能化单体的其它例子是(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯与一元羧酸如versatic acid的反应产物以及(甲基)丙烯酸与单环氧基化合物如Cardura E10(它可以从Shell商购)的反应产物。
该结构单元能够从不具有可与交联剂反应的任何官能团的单体衍生。此类单体的例子包括非官能化乙烯基单体和(甲基)丙烯酸的烷基酯。合适非官能化乙烯基单体的例子是苯乙烯,α-甲基苯乙烯,和叔丁基苯乙烯。合适的(甲基)丙烯酸烷基酯的例子是C1-12烷基酯如(甲基)丙烯酸甲基酯,(甲基)丙烯酸乙基酯,(甲基)丙烯酸正丁基酯,(甲基)丙烯酸叔丁基酯,(甲基)丙烯酸正丙基酯和(甲基)丙烯酸异冰片基酯。
含有除羟基外的其它基团如羧酸基团、胺基和环氧基的单体能够包括在本发明中。例如,含有羧酸基团的单体象(甲基)丙烯酸或含有胺基的单体如(甲基)丙烯酸叔丁基胺基乙基酯能够包括在内。
在羟基官能化聚合物上的官能团能够与其它化合物反应以改性聚合物。例如,在羟基官能化聚合物上的酸基能够与缩水甘油基官能化合物如Cardura E10反应或在聚合物的环氧基能够与酸官能化合物如versatic acid反应。
如上所述,羟基官能化聚合物能够是任何普通的羟基官能化成膜聚合物。合适的羟基官能化聚合物的例子能够在很多的专利和出版物中找到。例如,合适的羟基官能化(甲基)丙烯酸聚合物已公开在US专利6,316,119,第2栏,第51-61行。从环氧聚合物衍生的合适的羟基官能化聚合物已公开在US专利4,913,972,第17栏,第38-61行。合适的聚酯多元醇聚合物已公开在US专利4,913,972,第16栏,第9-62行。合适的含羟基的醇酸聚合物已公开在US专利6,316,119,第4栏,第10-29行。合适的聚氨酯多元醇聚合物已公开在US专利4,913,972,第17栏,第62行至第18栏,第7行。
该羟基官能化聚合物能够以20-85wt%或以30-80wt%或以40-60wt%的量存在于组合物中,基于组合物的总固体重量。羟基官能化聚合物的数均分子量典型地是500-100,000或600-10,000或1,000-5,000,由使用聚苯乙烯标准物的凝胶渗透色谱法测得。羟基官能化聚合物的重均分子量典型地是1,250-250,000或1,300-25,000或2,500-12,500。该羟基官能化聚合物典型地具有500到250或75到200或100到150的羟值。羟基官能化聚合物的玻璃化转变温度能够是1℃-100℃或20℃-80℃或20℃-60℃。
本发明的涂料组合物还包括能够与羟基官能化聚合物交联形成膜的交联剂。合适交联剂的例子包括氨基塑料和多异氰酸酯。
合适的氨基塑料是胺和/或酰胺与醛的缩合物。例如,蜜胺与甲醛的缩合物是合适的氨基塑料。合适的氨基塑料是本领域中公知的。合适的氨基塑料已公开在US专利6,316,119,第5栏,第45-55行。
合适的多异氰酸酯包括多官能异氰酸酯。
多官能多异氰酸酯的例子包括脂族二异氰酸酯,如六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯和芳族二异氰酸酯如甲苯二异氰酸酯和4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯。多异氰酸酯能够是封闭的或未封闭的。
其它合适多异氰酸酯的例子包括二异氰酸酯的异氰脲酸酯三聚物、脲基甲酸酯、和脲二酮(uretdione)。
合适多异氰酸酯是本领域中熟知的并且可以广泛地通过商业途径来获得。例如,合适多异氰酸酯已公开在US专利6,316,119,第6栏,第19-36行。商购多异氰酸酯的例子包括由Bayer Corporation出售的Desmodur N3390和由Rhone Poulenc出售的Tolonate HDT90。
交联剂在本发明中以基于组合物的总固体重量的10-60wt%或以20-50wt%或以20-40wt%的量存在。
本发明进一步包括反应活性稀释剂。该反应活性稀释剂包括1,3-环己烷二甲醇和1,4-环己烷二甲醇。在一个实施方案中,该反应活性稀释剂是50wt%1,3-环己烷二甲醇和50wt%1,4-环己烷二甲醇,以反应活性稀释剂的总重量为基础。在另一个实施方案中,该反应活性稀释剂是5wt%1,3-环己烷二甲醇和95wt%1,4-环己烷二甲醇,以反应活性稀释剂的总重量为基础。在又一个实施方案中,该反应活性稀释剂是25wt%1,3-环己烷二甲醇和75wt%1,4-环己烷二甲醇,以反应活性稀释剂的总重量为基础。
在本发明中反应活性稀释剂的量是2-40wt%或5-30wt%或10-25wt%,以组合物的总固体重量为基础。
本发明任选地包括有机溶剂。该有机溶剂能够是任何溶剂,它将溶解或分散该羟基官能化聚合物、交联剂和反应活性稀释剂。它能够是脂族或芳族烃,如从ExxonMobil商购的Solvesso 100,甲苯或二甲苯,醇类如丁醇或异丙醇,酯如乙酸丁酯或乙酸乙酯,酮如丙酮,甲基异丁基酮,甲基异戊基酮或甲基乙基酮,醚,醚-醇或醚-酯或任何这些化合物的混合物。
在涂料组合物中有机溶剂的量可以得到具有低于540g/l或低于420g/l或低于250g/l的挥发性有机物含量(VOC)的涂料组合物。
本发明的涂料组合物还可以包括从1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇衍生的聚酯。这一聚酯是与本发明的羟基官能化聚合物组分有区别的并且不同。
1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇和聚酯的预先形成的混合物能够用于本发明中。此类混合物能够通过用过量的1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇合成聚酯来制备,这样在反应结束之后有一部分保持未反应。在组合物中游离1,3-环己烷二甲醇加上1,4-环己烷二甲醇与聚酯的重量比能够是10∶1至1∶30或1∶1到1∶10。
在本发明的不同实施方案中,该聚酯能够包括至少40wt%的从1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇衍生的单元或至少30wt%的从1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇衍生的单元或至少20wt%的从1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇衍生的单元。
该聚酯还可以从1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇,一种或多种多元酸,和,任选,一种或多种附加多羟基化合物衍生。
合适的多元酸能够具有两个或多个羧酸基团或等价数量的酸酐基团,依据一个酸酐基团等价于两个酸基。合适的多元酸是本领域中公知的。合适多元酸的例子包括C1-6链烷烃二酸如己二酸或己烷二酸;脂环族酸如六氢邻苯二甲酸;不饱和链烷烃二酸如富马酸或马来酸;二聚酸;和芳族酸如邻苯二甲酸。上述多元酸的酸酐如马来酸酐或邻苯二甲酸酐也可以使用。多元酸能够是饱和的。
合适的多羟基化合物能够具有两个或多个羟基。此类化合物是本领域中公知的。合适多羟基化合物的例子包括三羟甲基丙烷,甘油,新戊二醇和季戊四醇。
在本发明中聚酯的量是1-70wt%或5-40wt%或10-30wt%,以组合物的总固体重量为基础。该聚酯典型地具有50-300mg KOH/g非挥发性树脂或110-170mg KOH/g非挥发性树脂的羟值。典型地,该聚酯具有600-4,000或600-2,000的数均分子量。
本发明的涂料组合物能够含有用于涂料配方的普通添加剂,如颜料,填料,UV吸收剂,流动助剂,和固化反应用的催化剂。酸如对-甲苯磺酸能够包含作为氨基塑料固化用的催化剂,以及锡化合物如二月桂酸二丁基锡或胺催化剂如三乙胺能够包含供异氰酸酯固化用。
根据本发明的涂料组合物能够制备如下:至少一种羟基官能化聚合物,交联剂,和反应活性稀释剂在搅拌下混合在有机溶剂中,直到全部的组分溶解为止。这些组分能够按任何顺序添加。然后添加任选的添加剂,和继续搅拌,直至添加剂溶解或稳定地分散在组合物中为止。
本发明的涂料组合物能够由普通方法如通过刷涂、辊涂或喷涂被施涂于基材的表面上。典型的基材包括金属,塑料,木材和玻璃。在施涂了涂料组合物之后,它进行固化或干燥,这是本领域中公知的。
实施例
本发明现在利用下面非限制性例子来说明。表1显示了各种举例性组合物的配方用数据。组合物制备如下:羟基官能化聚合物,添加剂,和反应活性稀释剂在搅拌下一起混合在有机溶剂中,直到全部的组分溶解为止。该组分然后在25±1℃下平衡。紧接着在使用之前,将也在25±1℃下平衡过的交联剂添加和彻底地混入其中。
为了进行评价,组合物使用8微米方框涂布器(block spreader)被刮涂在12”×4”玻璃板上并进行各种试验。表2显示了各种性能参数的结果-DIN 4粘度,不粘尘干时间,无印痕时间,和Konig摆锤硬度。
举例性涂料组合物的DIN 4粘度能够按下列方式测定。第一,让举例性的涂料组合物在25±1℃下平衡。第二,将DIN 4杯放置于夹持器中,后者固定于倾斜试验台(retort stand)。第三,在DIN 4杯中添加该举例性的涂料组合物直到它开始溢流为止;在杯子下方的孔用手指封闭。第四,在杯子保持水平的同时让任何气泡上升到表面。第五,将在杯子下方的孔开启并启动计时表。让样品从杯中缓缓流出。在从孔流出的连续流动的第一中断作为DIN 4粘度来记录。
不粘尘于时间测定如下。第一,将举例性的涂料组合物施涂于玻璃板上。第二,板保持在水平位置上且棉球从板上方的三英寸处掉落到板上。第三,让有涂层的一侧向上将该板保持五秒,与此同时棉球处在涂层上。第四,将板翻过来。
如果该棉球从板上掉落且没有纤维留在涂层上,则该涂层被记成“不粘尘”。如果棉球仍然保留在板或纤维留在涂层上,则重复以上第二和第三步骤,直至该涂层被记为“不粘尘”为止。记录板变成“不粘尘”所花费的时间。
无印痕时间测定如下。第一,将举例性的涂料组合物铺展在板上达到均匀的膜厚度。第二,施涂的涂料组合物在室温下固化。第三,将有涂层的板放置于坚固的水平面上。第四,将Whatmann滤纸放置于板上,将橡皮塞放置于滤纸上让较小直径向下,和将砝码放置于橡皮塞的顶部。第五,启动计时表。
在一分钟后,移走砝码,橡皮塞和滤纸,检查该板的印痕。如果在板上不存在痕迹,则该板被记为“无印痕”。如果印痕是可见的,以一定时间重复步骤4,直至板被记为“无印痕”为止。记录板变成“无印痕”所花费的时间。
Konig摆锤硬度测定如下。首先,在板上涂敷举例性的涂料组合物并固化。第二,将有涂层的板放置于Kenig摆锤试验台的台面上朝向钟摆的顶部,让涂层面向上。
第三,将摆锤偏斜但支轴没有侧向位移到6度并让其停留在摆锤试验台的顶部上。
第四,释放该摆锤并启动计时表。记录摆动幅度降至3度的时间。在1天,3天,和7天之后测量Konig摆锤硬度。
表3显示了举例性组合物的贮存稳定性试验的结果。对于这一试验,制备举例性的组合物,没有HDT。将组合物放置于玻璃罐中和在2℃下贮存。在一定时间后,记录目视观察结果。
表1配方数据
  组分   固体   Mol Oh/kgNV   Ex.1   Ex.2   Ex.3   Ex.4   Ex.5   Ex.6   Ex.7   Ex.8   Ex.9   Ex.10
  聚合物1(g)   70   2   93.01   70.33   66.20   73.57   56.01   56.01   52.66   56.01   56.01   56.01
  Kflex 1882(g)   100   4.1   12.31
  Kflex UD3203(g)   82   6.49   14.13
  Tone 2014(g)   100   3.77
  Tone 2105(g)   100   2.41   12.88
  CHDM6(g)   100   13.89   9.80   4.90   8.82   7.84
  二醇7(g)   100   13.89   9.80   4.90   0.98   1.96
  己二醇(g)   100   16.95   9.22
  2%DBTDL8(g)   2   2.25   2.25   2.25   2.25   2.25   2.25   2.25   2.25   2.25   2.25
  HDT9(g)   100   5.24   24.85   28.42   32.03   25.58   40.95   40.95   43.88   40.95   40.95   40.95
  乙酸丁基酯(g)   29.89   36.70   35.39   35.72   40.99   40.99   42.00   40.99   40.99   40.99
1具有70%的固体含量,1300的数均分子量和4400的重均分子量(分子量是由凝胶渗透色谱法测定的)的丙烯酸聚合物溶液.该丙烯酸聚合物溶液如下形成:将包括202.56g的α-甲基苯乙烯和479.97g的甲基异戊基酮的投料在装有搅拌器,加热夹套,冷凝器和氮气氛的反应容器中加热回流。回流和搅拌在该方法的整个剩余部分中得到维持。将包括566.19g的甲基丙烯酸异冰片基酯,512.58g的丙烯酸4-羟基丁基酯,202.56g的α-甲基苯乙烯,285.24g的丙烯酸叔丁酯,6.54g的丙烯酸,125.55g的Cardura E10,44.07g的3-巯基丙酸,251.88g的甲基异戊基酮,和89.40g的Vazo67(它可从DuPont商购)的原料A的83%经过150分钟以均匀速率加入到反应容器中。在另外30分钟后,包括95.07g的丙烯酸叔丁酯和12.99g的甲基异戊基酮的添加原料与原料A的剩余部分进行混合,该混合物经过30分钟以均匀速率添加。在另外30分钟后,经过2小时以均匀速率添加包括71.31g的甲基异戊基酮和10.62g的二叔戊基过氧化物的原料B。然后经过2分钟添加包括43.7g的甲基异戊基酮的原料C,并回流一个小时。
2从King Industries商购的聚酯多元醇。
3从King Industries商购的聚氨酯二醇。
4从Dow Chemical商购的聚己内酯二醇
5从Dow Chemical商购的聚己内酯二醇
6从Eastman Chemicai Company商购的1,4-环己烷二甲醇。
7包括50wt%1,3-环己烷二甲醇和50wt%1,4-环己烷二甲醇的混合物。
82wt%的二月桂酸二丁基锡的乙酸丁酯溶液。
9从Rhodia商购的六亚甲基二异氰酸酯的异氰脲酸酯三聚物。
表2性能数据
  性能试验   Ex.1   Ex.2   Ex.3   Ex.4   Ex.5   Ex.6   Ex.7   Ex.8   Ex.9   Ex.10
  DIN 4粘度(秒)   28.9   21.1   24.2   24.6   18.3   19.1   17.4   18.4   18.0   18.7
  不粘尘干时间(分钟)   40-45   50-55   55-60   60-65   45-50   45-50   50-55   40-45   35-40   40-45
  无印痕时间(分钟)   180-210   210-240   240-270   210-240   150-180   150-180   210-240   150-180   150-180   150-180
  在1天的Konig硬度(秒)   35   24   28   21   42   40   27   46   39   42
  在3天的Konig硬度(秒)   58   36   45   38   50   55   35   66   49   54
  在7天的Konig硬度(秒)   65   39   46   47   56   57   35   69   59   58
表3。贮存试验结果
  贮存时间(天)   Ex.5   Ex.6   Ex.8   Ex.9   Ex.10
  0   透明溶液   透明溶液   透明溶液   透明溶液   透明溶液
  2   透明溶液   透明溶液   透明溶液   透明溶液   透明溶液
  6   白色沉淀物   透明溶液   透明溶液   透明溶液   透明溶液
结论
几个结论能够从实验数据得出。第一,己烷二醇有效地降低涂料组合物的粘度,但是它对干燥时间和硬度具有大的负面影响。第二,Unoxol-3,4-二醇和CHDM提供了粘度降低和干燥时间的良好结合。然而,当在低温下贮存时,CHDM最终从溶液中跑出。第三,本发明的反应活性稀释剂没有从溶液中结晶出来。

Claims (14)

1.涂料组合物,包含:
a.至少一种羟基官能化聚合物;
b.能够让羟基官能化聚合物(a)交联形成膜的交联剂;
c.反应活性稀释剂,包括:
i.1,3-环己烷二甲醇,和
ii.1,4-环己烷二甲醇。
2.根据权利要求1的涂料组合物,其中羟基官能化聚合物选自从烯属不饱和单体如乙烯基单体和丙烯酸类单体衍生的含羟基的聚合物,从环氧聚合物衍生的羟基官能化聚合物,含羟基的醇酸聚合物,聚氨酯多元醇聚合物,聚醚多醇聚合物或聚酯多元醇聚合物。
3.根据权利要求2的涂料组合物,其中羟基官能化聚合物从烯属不饱和单体如乙烯基单体和丙烯酸类单体衍生。
4.根据权利要求1的涂料组合物,其中羟基官能化聚合物占组合物的20-85wt%,基于组合物的总固体重量。
5.根据权利要求1的组合物,其中交联剂是多异氰酸酯。
6.根据权利要求1的涂料组合物,其中交联剂占组合物的10-60wt%,基于组合物的总固体重量。
7.根据权利要求1的涂料组合物,其中反应活性稀释剂包括50wt%1,3-环己烷二甲醇和50wt%1,4-环己烷二甲醇,以反应活性稀释剂的总重量为基础计。
8.根据权利要求1的涂料组合物,其中反应活性稀释剂包括25wt%1,3-环己烷二甲醇和75wt%1,4-环己烷二甲醇,以反应活性稀释剂的总重量为基础计。
9.根据权利要求1的涂料组合物,进一步包括从1,3-环己烷二甲醇和/或1,4-环己烷二甲醇衍生的聚酯。
10.涂料组合物,包含:
a.20-85wt%的至少一种羟基官能化聚合物,以组合物的总固体重量为基础计;
b.10-60wt%的能够与羟基官能化聚合物(a)交联形成膜的交联剂,以组合物的总固体重量为基础计;和
c.2-40wt%的反应活性稀释剂,包括:
i.1,3-环己烷二甲醇,和
ii.1,4-环己烷二甲醇,以组合物的总固体重量为基础计。
11.涂敷制品的方法,包括以下步骤:
a.在该制品上涂敷涂料组合物,该组合物包括:
i.至少一种羟基官能化聚合物,
ii.能够与羟基官能化聚合物交联形成膜的交联剂;
iii.反应活性稀释剂,包括:
(A)1,3-环己烷二甲醇,和
(B)1,4-环己烷二甲醇,和
b.固化该组合物。
12.根据权利要求11的方法,其中羟基官能化聚合物从烯属不饱和单体如乙烯基单体和丙烯酸类单体衍生。
13.根据权利要求11的方法,其中交联剂是多异氰酸酯。
14.根据权利要求11的方法,其中反应活性稀释剂包括25wt%1,3-环己烷二甲醇和75wt%1,4-环己烷二甲醇,以反应活性稀释剂的总重量为基础计。
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